JPH08208272A - 微細中空ガラス球状体の製造方法 - Google Patents

微細中空ガラス球状体の製造方法

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JPH08208272A
JPH08208272A JP7009015A JP901595A JPH08208272A JP H08208272 A JPH08208272 A JP H08208272A JP 7009015 A JP7009015 A JP 7009015A JP 901595 A JP901595 A JP 901595A JP H08208272 A JPH08208272 A JP H08208272A
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幸義 田本
Junichi Kimoto
潤一 木本
Hiromi Okada
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 火山ガラス質堆積物粉体を、該粉体に対し、
1〜10重量%の硫酸アルミニウム及び50〜300重
量%の尿素を含有する水溶液中に分散させ、加温処理し
たのち、水溶液から取り出して洗浄し、乾燥後、900
〜1100℃の温度において1秒ないし1分間熱処理
し、次いで比重差分別により中空体を回収して、微細中
空ガラス球状体を製造する方法である。 【効果】 高強度で、かつ白色度の優れた微細中空ガラ
ス球状体が効率よく得られる。この微細中空ガラス球状
体は、各種金属、セラミックス、コンクリート、プラス
チックスなどの軽量化充てん材として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、火山ガラス質堆積物を
原料として、微細中空ガラス球状体を製造する方法の改
良に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明
は、高強度で、かつ白色度の優れた微細中空ガラス球状
体を効率よく製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】微細中空ガラス球状体は、比重が小さ
く、かつ耐熱性に優れていることから、各種金属、セラ
ミックス、コンクリート、プラスチックスなどの軽量化
充てん材として注目され、最近その需要が著しく増加し
ている。
【0003】これまで、火山ガラス質堆積物を原料とし
て、微細中空ガラス球状体を製造する方法としては、シ
ラスの微粒体を800〜1200℃の温度で10秒ない
し10分間焼成したのち、水中における比重分離又は空
気分級して微細中空ガラス球状体を製造する方法が知ら
れている(特公昭48−17645号公報)。しかしな
がら、この方法では、粒径が20μm以下の火山ガラス
質堆積物を処理しても、所望の微細中空ガラス球状体を
得ることはできない。
【0004】一方、原料の前処理として、酸溶液を用い
て加温処理を行うことにより、超微細中空ガラス球状体
を製造する方法も知られている(特公平4−29675
0号公報)。しかしながら、この方法においては、10
0℃以上の水熱反応が進行するため、耐酸・耐圧の処理
容器を用いなければならず、設備的に不便な上、かつ処
理効率も非常に低いという欠点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、火山ガラス質堆積物を原料とし、高強度
で白色度の優れた微細中空ガラス球状体を、加熱発泡時
に粒子の凝集を生じさせることなく、効率よく製造する
方法を提供することを目的としてなされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、火山ガラ
ス質堆積物を原料として微細中空ガラス球状体を製造す
る方法について鋭意研究を重ねた結果、火山ガラス質堆
積物粉体を硫酸アルミニウム及び尿素を含有する水溶液
中に分散させ、加温処理することにより、火山ガラス質
堆積物の微粒子表面が水酸化アルミニウムで被覆され、
その結果粒子内部の水が確保されるので、高温加熱によ
る発泡処理時に効果的に発泡が生じ、しかもその際、粒
子表面に酸化アルミニウム膜が形成されるため、粒子間
の融着が防止され、前記目的を達成しうることを見出
し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0007】すなわち、本発明は、火山ガラス質堆積物
粉体を、該粉体に対し、1〜10重量%の硫酸アルミニ
ウム及び50〜300重量%の尿素を含有する水溶液中
に分散させ、加温処理したのち、水溶液から取り出して
洗浄し、乾燥後、900〜1100℃の温度において1
秒ないし1分間熱処理し、次いで比重差分別により中空
体を回収することを特徴とする微細中空ガラス球状体の
製造方法を提供するものである。
【0008】本発明方法において、原料として用いる火
山ガラス質堆積物は、シラス、黒曜石、真珠岩、松脂岩
などとして天然に産出する鉱物であって、これらは通常
SiO2、Al23、Fe23、CaO、MgO、Na2
O及びK2Oから構成され、水分3〜10重量%を含ん
でいる。
【0009】本発明方法においては、これらの火山ガラ
ス質堆積物を粉砕し、粉砕物を乾式分級や湿式分級など
により、通常粒径20μm以下の区分を分級して用い
る。
【0010】本発明方法においては、この火山ガラス質
堆積物粉体を、該粉体に対し、1〜10重量%の硫酸ア
ルミニウム及び50〜300重量%の尿素を含有する水
溶液中に分散させ、加温処理する。硫酸アルミニウムや
尿素の含有量が前記範囲より少ないと本発明の効果が十
分に発揮されないし、前記範囲を超えると量の割りには
効果の向上が認められない。好ましい含有量は、硫酸ア
ルミニウムが2〜8重量%、尿素が80〜200重量%
の範囲である。さらに、水溶液の硫酸アルミニウムの濃
度は、0.001モル/リットル以上が好ましく、特に
0.003〜0.1モル/リットルの範囲が好適であ
る。また尿素の濃度は10モル/リットル以下が好まし
く、特に0.5〜5モル/リットルの範囲が好適であ
る。
【0011】この加温処理については、硫酸アルミニウ
ム及び尿素を含有する水溶液中に火山ガラス質堆積物粉
体を添加し、分散させて加温処理してもよいし、硫酸ア
ルミニウム含有水溶液中に火山ガラス質堆積物粉体を添
加し、分散させて加温したのち、これに尿素を加えて加
温処理してもよい。加温処理の終点は、pHが中性にな
った時点で判断できる。加温処理の温度が高くなるほど
処理時間を短縮することができるが、処理時間は通常5
0〜100℃の範囲で選ばれる。
【0012】このような加温処理により、火山ガラス質
堆積物の微粒子表面が水酸化アルミニウムで被覆され、
内部の水が確保される。
【0013】次に、水溶液から、ろ過などの手段により
固形物を取り出し、水洗などにより十分に洗浄したの
ち、乾燥し、次いでこの乾燥粉体を900〜1100℃
の範囲の温度において1秒ないし1分間熱処理して発泡
させる。この熱処理により、発泡粒子表面がアルミナで
被覆されるので、粒子間の融着が効果的に防止される。
【0014】熱処理温度が900℃未満では十分に発泡
しないおそれがあるし、1100℃を超えると粒子間の
融着が生じることがある。また、熱処理時間が1秒未満
では十分に発泡しないおそれがあり、一方1分を超える
とそれ以上の発泡は起こらず、むしろ粒子間の融着な
ど、好ましくない事態を招来する。
【0015】本発明においては、このようにして加熱発
泡したものを、比重差分別、例えば水中における浮沈分
離又は空気分級することにより、中空体を回収する。
【0016】このような方法によると、粒径が20μm
以下、粒子密度1又はそれ以下の微細中空ガラス球状体
を、原料の重量に基づき50%以上という高い回収率で
得ることができる。
【0017】
【発明の効果】本発明によると、品質の良い中空体を得
ることができなかった火山ガラス質堆積物微粉体を用
い、高強度で白色度の優れた微細中空ガラス球状体を効
率よく製造することができる。本発明方法で得られた微
細中空ガラス球状体は、各種金属、セラミックス、コン
クリート、プラスチックスなどの軽量化充てん材として
有用である。
【0018】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。なお、各例中の白色度及び強度は次
の方法により測定した数値である。
【0019】白色度:ラブ(Lab)法による表色系の
頂点付近で標準白色板との色差を測定し、次式により白
色度(W)を求める。
【数1】 ただし、Lは明度、aは+で赤の度合、−で緑の度合、
bは+で黄の度合、−で青の度合を示す。強度:試料と
るつぼ型ろ過器の質量を測定し、試料を網ふるい製試料
容器に入れ、この試料容器を加圧容器中に密閉し、圧力
を8MPaまで上げたのち、試料容器を取り出す。次に
試料を浮沈分離器に入れて浮揚物と沈降物に分け、後者
をろつぼ型ろ過器で吸引ろ過し、乾燥して秤量する。次
式に従って計算した静水水浮揚率(H)をもって強度と
する。
【数2】 ただし、m1はガラスろ過器及び水中浮揚試料の全質量
(g)、m0は空のガラスろ過器の質量(g)、Sは試
料の質量(g)を示す。
【0020】実施例1 表1に示す組成をもつ火山ガラス質堆積物(福島県福島
市飯坂町産出、通称福島白土)を解砕し、粉末原料を調
製した。
【0021】
【表1】
【0022】液体媒質として、水ガラス(JIS 3
号)0.2重量%水溶液を用い、前記の粉末原料を投入
し、粒子の水中沈降速度の差を利用する水簸により、分
離粒度5μm及び10μmで分級した。分級粒子中に含
まれる粒径10μmを超える粒子の割合は、いずれの場
合も10重量%以下であり、また粒径5μm未満の粒子
の割合は、いずれの場合も10重量%以下であった。
【0023】次に、この分級した粉末4重量部を、硫酸
アルミニウム 0.005モル/リットル濃度の水溶液
100重量部に添加し、分散させて90℃に加温したの
ち、尿素を1モル/リットルの濃度になるように添加
し、90℃に保持しながら、pHが6以上になるまで撹
拌を続けた。次いで冷却し、固形物をろ過、水洗、乾燥
した。
【0024】この乾燥粉末を、最高温度を1000℃と
した加熱発泡装置に供給し、発泡させたのち、回収し、
回収物の粒子密度を測定した。その後、水中における浮
沈分離を行い、浮揚物として、微細中空ガラス球状体を
回収した。ここで得られた微細中空ガラス球状体の回収
率を算出した。以上の結果を表2に示す。
【0025】比較例 実施例1において、火山ガラス質堆積物の分級粉末につ
いて、硫酸アルミニウム及び尿素含有水溶液中での加温
処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様に実施
した。結果を表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】表2から分かるように、実施例1は、比較
例に比べ、加熱発泡物の粒子密度が小さく、かつ微細中
空ガラス球状体の回収率が約2倍であった。なお、加熱
発泡前の粒子密度は、両者共2.36g/cm3であ
る。
【0028】実施例2 実施例1で使用した分級粉末20重量部を、硫酸アルミ
ニウム 0.025モル/リットル濃度の水溶液100
重量部に添加し、分散させて90℃に加温したのち、尿
素を4モル/リットル濃度になるように添加し、90℃
に保持しながら、pHが6以上になるまで撹拌を続け
た。次いで冷却し、固形物をろ過、水洗、乾燥した。こ
の乾燥粉末を、最高温度を1040℃とした加熱発泡装
置に供給し、発泡させたのち、回収し、回収物の粒子密
度を測定した。
【0029】その後、水中における浮沈分離を行い、浮
揚物として、微細中空ガラス球状体を回収した。ここで
得られた微細中空ガラス球状体の回収率、白色度及び強
度を測定した。以上の結果を表3に示す。
【0030】
【表3】
【0031】表3から分かるように、本発明方法で得ら
れた中空ガラス球状体は、微粒で白色度が高く、かつ強
度の大きいものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 浩之 佐賀県鳥栖市宿町字野々下807番地1 九 州工業技術研究所内 (72)発明者 田本 幸義 千葉県市原市五井南海岸8番の2 株式会 社カルシード内 (72)発明者 木本 潤一 山口県美祢市伊佐町伊佐4611番地の1 株 式会社カルシード内 (72)発明者 岡田 博美 山口県美祢市伊佐町伊佐4611番地の1 株 式会社カルシード内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 火山ガラス質堆積物粉体を、該粉体に対
    し、1〜10重量%の硫酸アルミニウム及び50〜30
    0重量%の尿素を含有する水溶液中に分散させ、加温処
    理したのち、水溶液から取り出して洗浄し、乾燥後、9
    00〜1100℃の温度において1秒ないし1分間熱処
    理し、次いで比重差分別により中空体を回収することを
    特徴とする微細中空ガラス球状体の製造方法。
  2. 【請求項2】 硫酸アルミニウム及び尿素を含有する水
    溶液中での加温処理を、硫酸アルミニウム水溶液中に火
    山ガラス質堆積物粉体を分散させて加温したのち、尿素
    を添加して行う請求項1記載の微細中空ガラス球状体の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 硫酸アルミニウム及び尿素を含有する水
    溶液中での加温処理を50〜100℃の温度で行う請求
    項1又は2記載の微細中空ガラス球状体の製造方法。
  4. 【請求項4】 水溶液の硫酸アルミニウム濃度が0.0
    01モル/リットル以上である請求項1ないし3のいず
    れかに記載の微細中空ガラス球状体の製造方法。
  5. 【請求項5】 水溶液の尿素濃度が10モル/リットル
    以下である請求項1ないし4のいずれかに記載の微細中
    空ガラス球状体の製造方法。
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